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基于轮毂电机汽车ABS/ESP及其协调控制研究
| 论文题名： | 基于轮毂电机汽车ABS/ESP及其协调控制研究 |
| 关键词： | 电动汽车;防抱死制动系统;电子稳定系统;动力学建模;路面附着系数 |
| 摘要： | 由于能源问题和环境问题的日益凸显，在汽车研究领域，世界各国研究人员将研究重心逐渐向新能源汽车转移。随着驾驶环境愈发复杂，主动安全控制技术在电动汽车上的应用和发展变得尤为重要，尤其是防抱死制动系统（Anti-lockBrakeSystem，ABS）和汽车电子稳定系统（ElectronicStabilityProgram，ESP）。ABS和ESP作为汽车稳定性控制的核心电子系统，一直是研究的热点，两者均能够单独控制车轮制动力，如果不进行协调控制，执行器出现互相干涉，难以做到全局最优。本文基于课题组试制的轮毂电机驱动实验样车，首先研究了ABS和ESP控制系统中的汽车动力学建模和路面附着系数估计，然后分别研究了ABS和ESP控制算法，最后研究了ABS/ESP的协调及分层协调控制策略，并进行了仿真和实验验证。具体研究内容如下： （1）路面附着系数估计研究。路面附着系数是制定ABS和ESP控制策略的重要参数，考虑轮胎状态响应和滑移特性，提出了基于轮胎滑移特性和基于车辆动力学参数解析两种估计路面附着系数的方法。基于轮胎滑移特性的方法主要是通过Burckhardt轮胎模型分析滑移率和附着系数的关系，利用递推最小二乘法和模糊逻辑算法实现路面附着系数估计，并在实验台架上对估计模型进行验证；基于车辆动力学参数解析的方法是通过改进的Dugoff轮胎模型，利用扩展卡尔曼、无迹卡尔曼及粒子滤波算法对附着系数进行估计，并进行实车道路实验，验证了路面附着系数估计器的可行性和鲁棒性。 （2）ABS控制研究。通过分析附着系数与滑移率之间的关系，设计基于路面识别的ABS控制器。根据不同路面附着状况，计算出当前路面最佳滑移率，以最佳滑移率为控制对象，设计基于PID、滑模变结构以及鲁棒控制算法的ABS控制器。根据整车八自由度模型，建立最佳滑移率计算模块和ABS控制器，并进行了仿真实验。根据仿真实验结果对比，选择滑模变结构控制器作为协调控制中的ABS控制器。 （3）ESP控制研究。通过分析车辆失稳原因，确定适合轮毂电机驱动汽车的单侧车轮制动力矩分配策略；根据选择的控制参数（质心侧偏角和横摆角速度），设计基于PID、模糊逻辑、最优控制和模糊滑模算法的ESP控制器，并在不同路面及不同车速的工况下进行仿真实验。根据仿真实验结果对比，选择模糊滑模控制器作为协调控制中的ESP控制器。 （4）ABS/ESP协调控制研究。通过分析ABS和ESP的工作状态，确定ABS和ESP介入的时机，制定相应的ABS/ESP协调控制策略和分层协调控制策略，并在不同路面及不同车速工况下进行仿真实验。仿真实验结果表明，分层协调控制提高了汽车在不同工况下的制动稳定性和行驶安全性。 |
| 作者： | 齐更新 |
| 专业： | 机械工程 |
| 导师： | 范小彬 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 河南理工大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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